ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ_ ОБРАЗОВАНИЕ 4 страница

б)

ГОСТ 5264-80-ТЗ- Ь4

в)

ГОСТ 5264-80-У4- k6-50Z 150

H2-L3

Задание 10.2

Проверка степени усвоения материала

Нарисуйте условное обозначение следующих сварных швов.

1. Стыковое соединение одностороннее со съемной подкладкой, выпол­ненное ручной дуговой сваркой. Усиление шва снять.

2. Стыковое соединение со скосом одной кромки двустороннее, выпол­ненное на монтаже ручной дуговой сваркой.

3. Угловое соединение невидимое, без скоса кромок, двустороннее, вы­полненное ручной дуговой сваркой. Катет шва 5 мм.

4. Тавровое соединение без скоса кромок одностороннее, выполненное по замкнутому контуру ручной дуговой сваркой. Катет шва 3 мм.

5. Нахлесточное соединение одностороннее, прерывистое цепное, дли­на шва 60 мм, шаг 200 мм, выполненное ручной дуговой сваркой. Катет шва 4 мм.

Результат 3

Характеризовать процессы, происходящие в сварочной дуге, в соответствии с законами физики

11. Образование сварочной дуги

12. Строение сварочной дуги

13. Классификация сварочных дуг

14. Статическая вольт-амперная характеристика дуги

15. Перенос расплавленного металла через дуговое пространство

16. Влияние магнитных полей и ферромагнитных масс на сварочную дугу

Результат 3

Характеризовать процессы, происходящие в сварочной дуге, в соответствии с законами физики

I Образование сварочной дуги

Учебный материал 11

Сварочная дуга является концентрирован­ным источником тепла, необходимым для расплавления основного и присадочного металла.

Расстояние между электродом и метал­лом заполнено нейтральными атомами воз­духа. Воздух при нормальных условиях не проводит электрический ток. Проводимость любого материала зависит от количества на­ходящихся в нем свободных частиц — элек­тронов и ионов. Электроны, положительные и отрицательные ионы в газах возникают при воздействии на них тепла, электриче­ского поля, ультрафиолетовых лучей и т.д. Процесс образования электронов и ионов называется ионизацией. Прохождение электрического тока через газы называется электрическим газовым разрядом.

При соприкосновении торца электрода с металлом происходит короткое замыка­ние. Торец электрода сильно нагревается за счет теплоты, которая выделяется при прохождении электрического тока через контакт, имеющий большое сопротивление. В момент отрыва электрода с его торца на­чинают отрываться электроны (это явление называется термоэлектронной эмисси­ей). Электроны, двигаясь со скоростью света к противоположному полюсу через воздушный промежуток (рис. 32), сталки­ваются с атомами воздуха и разбивают их на положительные и отрицательные ионы. При этом выделяется большое количество тепла и лучистой энергии — ультрафиоле­товых лучей. Температура дуги достигает 6000—8000°С. Образовавшиеся положи­тельные и отрицательные частицы двига­ются к противоположным полюсам. Часть положительных ионов достигает катодного пятна, а другая часть не достигает и, присо­единяя к себе электроны, становится ато­мами {процесс образования нейтральных атомов называется рекомбинацией).

Таким образом, воздушный промежу­ток между торцом электрода и металлом заполняется заряженными частицами и начинает проводить сварочный ток, т. е. образуется дуга. Процесс возникновения дуги длится всего доли секунды.

Сварочной дугой называется мощный устойчивый электрический разряд в иони­зированной газовой среде, образованной
между электродом и изделием (или между двумя электродами).

Необходимыми условиями для устойчи­вого горения дуги являются:

Рис. 32

1. Наличие источника питания дуги, ко­торый позволяет быстро нагреть катод до температуры, необходимой для выхода электронов. Для этого источник питания должен иметь напряжение, необходимое для зажигания дуги 60—80 В (напряжение холостого хода).

2. Наличие необходимой степени иони­зации в промежутке между электродом и металлом. Для повышения степени иони­зации в состав покрытия электрода вводят легкоионизирующие вещества, например натрий, кальций.

Дуга, горящая без обрывов, называется стабильной. Стабильность горения дуги зависит от ряда причин: от длины дуги, рода тока, напряжения холостого хода, со­става обмазки и т. д.

Задание 11.1.

Задание 11.2

Ж—-------------------- ~------ «w» - -..........

Проверка степени усвоения материала

Ответьте на вопросы.

1. Чему равна температура дуги?

2. Вставьте пропущенные слова в текст:

Сварочной дугой называется мощный... электрический... в... газо­вой среде, образованной между... и изделием (или двумя электро­дами).

3. Опишите процесс образования дуги, начиная с момента касания элек­трода о металл.

4. Подумайте, можно ли возбудить дугу, не касаясь концом электрода о металл? Если да, то каким образом?

5. Зачем в обмазку электрода добавляют натрий?

Строение сварочной дуги

Учебный материал 12

Сварочная дуга состоит из трех основных зон: катодной (1), анодной (2) и столба дуги (3) (рис. 33). В процессе горения дуги на электроде и металле образуются наи­более нагретые участки. Участок на катоде

Рис. 33 называется катодным пятном, а на ано­де — анодным пятном. Каждая зона харак­теризуется определенными процессами, имеет свою температуру, длину.

Катодное пятно является источником излучения электронов. Температура като­да равна 3200°С и близка к температуре кипения материала электрода (для желе­за — 3500°С). В катодном пятне выделяет­ся около 36% общего количества теплоты дуги, а падение напряжения на нем со­ставляет 10-16 В. Длина катодной зоны равна 10~^[1]мм,

Столб дуги имеет температуру 6000 — 8000°С. В нем имеются движущиеся электроны, положительные и отрицатель­ные ионы, В столбе дуги выделяется око­ло 21% общего количества теплоты дуги. Падение напряжения составляет пример­
но 2—12 В. Длина столба дуги зависит от диаметра электрода и определяется по формуле: L_fl=(0,5-^l,l)d₃. Обычно она равна 2—3 мм. Максимально возможная длина дуги, при увеличении которой про­изойдет ее обрыв, называется предель­ной, Она равна: Lnp.=(l,l+l,3)d₃.

Анодное пятно представляет собой место входа электронов. Оно имеет температуру чуть больше катодного пят­на, равную 3900°С, так как при ударе электронов на аноде выделяется больше тепла, чем при отрыве электронов на катоде. Таким образом, на аноде вы­деляется около 43% общего количества теплоты дуги. Длина анодной зоны равна 10"³ мм. Падение напряжения на аноде составляет 6—8 В.

Задание 12.1.

Закрепляющий материал

1. Заполните таблицу. Характеристика зон дуги

Характеристика зоны дуги	Катодная зона	Столб дуги	Анодная зона
Температура
Состав (элементарные частицы)
Длина
Падение напряжения
Количество тепла, выделяемое в зоне

2. Ответьте на вопросы.

а. Чему равно суммарное падение напряжения на дуге?

б. Чему равна суммарная длина дуги?

Задание 12.2

Проверка степени усвоения материала

Ответьте на вопросы.

1. Из каких частей состоит дуга?

2. Чему равна температура на конце электрода и на поверхности металла при горении дуги на рис. 34?

Рис. 34

3. Чему равна рабочая длина дуги, если диаметр электрода 5 мм.

4. Объясните, что произойдет с дугой, если расстояние от конца электрода диаметром 4 мм до металла составляет 7 мм.

5. Почему анодное пятно имеет более высокую температуру, чем катодное?

Классификация сварочных дуг

Учебный материал 13

В зависимости от того, в какой среде про­исходит дуговой разряд, различают:

1. Открытую дугу, горящую в воздухе (в состав газовой среды зоны дуги входят воздух, пары электрода, электродного по­крытия и свариваемого металла).

2. Закрытую дугу, горящую под флюсом (в состав газовой среды зоны дуги входят па­ры основного металла, проволоки и флюса).

3. Дугу, горящую в среде защитных газов (в состав газовой среды зоны дуги входят пары основного металла, проволо­ки и защитный газ).

Сварочная дуга классифицируется по роду тока (постоянный, переменный) и по длительности горения (стационарная, им­пульсная). При сварке дугой переменного тока частотой 50 Гц (промышленная ча­стота) катодное и анодное пятна меняются 100 раз в секунду. Устойчивость горения дуги ниже, чем на постоянном токе. Это объясняется тем, что в процессе перехода через нуль и изменения полярности дуга угасает. В момент угасания дуги снижается температура столба, катодного и анодно­го пятен, и, следовательно, уменьшается ионизация дугового промежутка. Чем ста­бильнее горит дуга, тем выше качество сварного соединения.

При применении постоянного тока раз­личают дугу прямой (минус на электроде) и обратной (плюс на электроде) полярности.

В зависимости от типа применяемого электрода дуга может возбуждаться между плавящимся (металлическим) и неплавя- щимся (угольным, графитовым, вольфра­мовым) электродами.

По принципу работы дуги бывают пря­мого действия (рис. 35а) (дуга между элек­тродом и металлом), косвенного действия (рис. 356) (дуга между двумя электродами) и комбинированного действия (рис. 35в) (сочетание дуги прямого и косвенного дей­ствия). Комбинированную дугу часто назы­вают трехфазной.

Задание 13.1.

1, Заполните схему.

Закрепляющий материал

2, Ответьте на вопросы.

а. Какой состав имеет газовая среда в зоне дуги при ручной дуговой свар­ке плавящимся электродом с обмазкой и неплавящимся электродом?

б. Какая дуга и почему горит стабильнее: дуга переменного или постоян­ного тока?

в. Что называется прямой полярностью?

г. Почему при обратной полярности дуга зажигается быстрее?

д. Какая дуга называется прямой, обратной и комбинированной?

Задание 13,2

' -............................................................................... ■

Проверка степени усвоения материала

Технический диктант

Вставьте пропущенные слова в предложения.

1. Дуга, горящая между двумя электродами, называется....

2. Если минус на металле, то полярность....

3. Стабильное горение дуги наблюдается при... токе.

4. Дуга, горящая под флюсом, называется...,

5. Дуга, горящая в воздухе, называется....

6. Если дуга горит между двумя электродами и металлом одновременно, то такая дуга называется....

7. При сварке дугой переменного тока катодное и анодное пятна меня­ются местами... раз в секунду.

8. При обратной полярности дуга зажигается...,

9. Если дуга горит в газовой среде, состоящей из воздуха, паров электро­да, обмазки и основного металла, то такая дуга называется....

10. Дуга может возбуждаться между плавящимся и... электродами.

Статическая вольт-амперная характеристика дуги

Учебный материал 14

Процессы, происходящие в сварочной ду­ге, имеют свое графическое отображение в виде вольт-амперной характеристики дуги. Зависимость напряжения на дуге от величины сварочного тока называется статической вольт-амперной характе­ристикой дуги (рис. 36).

Дуга является гибким проводником элек­трического тока, и ее надо рассматривать как вид нагрузки электрической цепи, ко­торая подчиняется закону Ома.

На рис. 36 выделены три участка вольт- амперной характеристики дуги.

1. Падающая характеристика. При уве­личении силы тока до 80 А напряжение на дуге падает, В момент зажигания площадь

Рис. зе

поперечного сечения дуги очень быстро возрастает (быстрее, чем растет сила тока), следовательно, растет проводимость дуги и напряжение падает. Такая характеристика типична для ручной дуговой сварки.

2. Жесткая характеристика. При уве­личении силы тока от 100 до 800 А степень ионизации возрастает. Увеличение силы тока и проводимости дуги происходит про­порционально, следовательно, напряже­ние не изменяется. Такая характеристика типична для автоматической сварки.

3. Возрастающая характеристика. При

увеличении силы тока от 1000 А произо­шла полная ионизация дугового промежут­ка, поэтому сопротивление не меняется. А при увеличении силы тока напряжение бу­дет возрастать. Такая характеристика при­суща полуавтоматической сварке в среде защитных газов.

Задание 14.1.

U,B,	Y ■ У ^1 1 I 1 1 ^1 „
	80 100 800 1000 J.A

Закрепляющий материал J '

1. Ответьте на вопросы.

а. Что называется вольт-амперной характеристикой дуги?

б. Из каких участков состоит вольт-амперная характеристика дуги?

2. Заполните таблицу.

Номер участка характеристики дуги

Название характеристики

Описание процессов, происходящих на участке этой характеристики

Вид сварки, для которого типична данная характеристика

Задание 14.2

Проверка степени усвоения материала Ответьте на вопросы.

1. Сколько участков имеет статическая вольт-амперная характеристика дуги?

2. Как называется каждый участок?

3. Какой участок характерен для ручной дуговой сварки?

4. Что называется жесткой характеристикой дуги?

5. Почему при очень больших значениях тока (более 800 А} напряжение на дуге увеличивается?

Перенос расплавленного I металла через дуговое ^ '•." 1 пространство

Учебный материал 15

Рис. 37

Дуга расплавляет электрод достаточно быстро, приблизительное время плав­ления электрода 3 мин. Расплавленный электродный металл переходит в сва­рочную ванну в виде отдельных капель. Количество капель зависит от диаметра электрода и силы тока. Возможен крупно­капельный и мелкокапельный (струйный) перенос металла.

В зависимости от типа переноса метал­ла изменяется производительность труда, характер формирования шва и качество сварного соединения, поэтому сварщик должен знать условия, при которых до­стигается нужный перенос электродного металла. Присваркеплавящимися электро­дами с обмазкой перенос осуществляется в основном крупными каплями (рис. 37а).

Образование одинаковых капель с одина­ковой частотой их переноса при сварке покрытыми электродами практически не­возможно, Большую стабильность пере­носа электродного металла дает струйный перенос мелкими каплями (рис. 376). Уменьшение тока при сохранении длины дуги приводит к увеличению объема кап­ли. При этом уменьшается частота перено­са, что снижает количество переносимого металла в единицу времени. И наоборот, чем больше ток, тем меньше капля и боль­ше частота переноса. Таким образом, для увеличения производительности труда и улучшения процесса формирования шва необходимо при уменьшении тока умень­шать длину дуги.

Во время переноса на каплю метал­ла действуют различные силы (рис. 38). Под действием силы тяжести F_T капля перемещается вниз. Во время сварки в нижнем положении сила тяжести играет положительную роль при переносе кап­ли электродного металла в сварочную ванну, а при сварке в вертикальном и особенно в потолочном положениях она препятствует процессу переноса капли на металл.

Внутри крупной капли находятся газы. Под действием внутреннего давления га­зов F капля разрывается и образуются мелкие капли и брызги. 10% электродного металла теряется на брызги и пары. Сила поверхностного натяжения F_nH придает капле расплавленного металла форму ша­ра и сохраняет эту форму до момента ее соприкосновения с поверхностью рас­плавленной ванны. Сила поверхностного натяжения способствует удержанию жид­кого металла ванны при сварке в потолоч­ном положении.

Действие силы электромагнитного поля F_3n заключается в том, что вокруг элек­трода при прохождении по нему тока об­разуется магнитное поле. С увеличением количества расплавленного металла на конце электрода под действием магнитных сил образуется перешеек. По мере умень­шения сечения перешейка плотность тока возрастает, магнитные силы увеличивают­ся и усиливают свое сжимающее действие, стремясь оторвать каплю от электрода.

Задание 15,1.

Закрепляющий материал

1. Ответьте на вопросы.

а. Какие типы переноса электродного металла вы знаете?

б. На что влияет тип переноса электродного металла?

в. Как повысить стабильность переноса, увеличить производительность труда и улучшить процесс формирования шва?

2. Заполните таблицу:

№	Название силы, действующей на каплю электродного металла	Влияние силы на каплю электродного металла при ее переносе

Задание 15.2

ищ. Проверка степени усвоения материала

Ответьте на вопросы.

1. Как называется тип переноса при ручной дуговой сварке?

2. Почему при уменьшении тока необходимо уменьшать длину дуги?

3. Какие силы действуют на каплю электродного металла при ее переносе?

4. Какие силы стремятся оторвать каплю от электрода?

5. Какие силы придают капле форму шара?

Влияние магнитных полей I и ферромагнитных масс I на сварочную дугу

Учебный материал 16

Сварочная дуга является проводником электрического тока, который в отличие от обычного проводника может изменять свою форму и направление. Если во вре­мя сварки дуга начнет перемещаться, то это повлияет на внешний вид и качество сварного соединения. Сварщику необхо­димо знать причины отклонения дуги и способы устранения.

Вокруг сварочной дуги образуется магнитное поле, как и вокруг любого проводника, по которому идет ток. Это
собственное магнитное поле взаимо­действует с посторонними магнитными полями, а также с намагничивающими­ся (ферромагнитными) металлами. В ре­зультате наблюдается отклонение дуги от первоначальной собственной оси. Это явление называется магнитным дутьем. Многие сварщики наблюдали это явление в своей практике. Например, при сварке таврового соединения дуга отклоняется в сторону ближайшей детали (рис. 39).

Если ток к основному металлу подво­дится сбоку (рис. 40), то дуга отклоняется в

сторону, противоположную токопроводу.

Массивные ферромагнитные массы при­тягивают дугу (рис, 41).

Рис. 40

Чтобы уменьшить магнитное дутье, сварку следует выполнять короткой ду­гой, изменить угол наклона электрода, изменить место токоподвода (подключить обратный провод как можно ближе к месту сварки), устранить ферромагнит­ные материалы или временно разместить симметрично расположенные детали. При переменном токе магнитное дутье не на­блюдается.

Рис. 41

Задание 16.1.

Закрепляющий материал

1. Ответьте на вопросы.

а. Что называется магнитным дутьем и как оно влияет на сварное со­единение?

б. На каком токе магнитное дутье не наблюдается? 2. Заполните таблицу.

№	Причины появления магнитного дутья	Способы устранения магнитного дутья	Рисунок способа устранения
	Отклонение дуги в сторону ближайшей детали (рис. 39}
	Отклонение дуги в сторону, противоположную токопро- воду (рис. 40}
	Притягивание дуги ферромаг­нитными массами (рис. 41)

Задание 16.2

Проверка степени усвоения материала

1. Вставьте пропущенные слова в предложение: Отклонение дуги от называется магнитным....

2. Почему сварщику так важно знать влияние магнитного дутья?

3. Назовите способы устранения магнитного дутья и объясните сущность каждого способа.

Результат 4

Объяснять физико-химические процессы при сварке плавлением в соответствии с законами физики и химии

17. Физико-химические процессы, протекающие в сварочной ванне

18. Особенности металлургических процессов при сварке

19. Кристаллизация металла шва

и строение сварного соединения

Результат 4

Объяснять физико-химические процессы при сварке плавлением в соответствии с законами физики и химии

Физико-химические процессы, протекающие в сварочной ванне

Учебный материал 17

Сварочной ванной называется часть свар­ного шва, находящаяся при сварке в жид­ком состоянии.

Металл сварочной ванны взаимодей­ствует с различными элементами, на­ходящимися в воздухе, воде, ржавчине, окалине кромок основного металла. В ре­зультате происходят следующие химиче­ские процессы.

Взаимодействие с кислородом (реак­ция окисления)

Кислород попадает а зону сварки из воздуха, воды на кромках, влаги электрод­ного покрытия, а также из неочищенных от ржавчины кромок. Он взаимодействует с жидкой ванной металла, окисляет железо и элементы, содержащиеся в стали.

Кислород с железом образует три ок­
сида железа: FeO, Fe₃0₄ и Fe₂0₃. Из трех оксидов растворим в железе только FeO. Остальные оксиды нерастворимы и прак­тически не влияют на свойства шва. Оксид FeO образует в сварном шве поры, что при­водит к уменьшению прочности шва.

Удаление кислорода из металла шва

Процесс удаления кислорода из металла шва называется раскислением. Раскис­ление металла при сварке производится элементами, которые более активно, чем железо, взаимодействуют с кислородом. К таким элементам относятся: марганец, кремний, титан, алюминий и некоторые другие. Раскислители вводятся в свароч­ную ванну из электродных покрытий, элек­тродной проволоки и флюсов.

Раскисление марганцем и кремнием:

FeO_MeT + Мп

мет = МпО_шл + Fe_MeT;

2FeO_MeT + Si

мет мет

Закись марганца (МпО) и двуокись крем­ния (Si0₂) плохо растворяются в железе. Они всплывают на поверхность сварочной ванны и переходят в шлак.

Для предотвращения попадания кисло­рода в сварочную ванну необходимо:

• перед сваркой очистить кромки ме­талла от ржавчины, влаги и других загрязнений;

• перед сваркой прокалить электроды;

• обеспечить хорошую защиту свароч­ной ванны. Защита сварочной ван­ны при различных способах сварки осуществляется с помощью покрытия электрода, защитного газа или флюса.

Взаимодействие с азотом

3 Основы теории ручной дуговой сварки

Азот е зону сварки попадает из возду­ха, Под действием высокой температуры он частично переходит в атомарное со­стояние, хорошо растворяясь в жидком металле. При охлаждении сварного шва образует с железом и другими элемента­ми химические соединения — нитриды:

Fe₂N, Fe₄N и др. Нитриды, располагаясь в металле шва в виде тонких игл, повышают его прочность и твердость, но резко сни­жают пластичность. В результате металл шва становится хрупким, и в нем могут образовываться трещины и даже поры, если при затвердевании металла пузырь­ки азота не успели выйти. Для уменьше­ния попадания азота в шов необходимо производить сварку самой короткой дугой и обеспечить хорошую защиту дуги от воз­действия воздуха.

Взаимодействие с водородом

Водород попадает в зону сварки из ат­мосферной влаги, влаги, содержащейся в электродных покрытиях, а также из воды, ржавчины и других загрязнений, находя­щихся на кромках свариваемого металла.

При высокой температуре сварочной дуги молекулярный водород диссоцииру­ется на атомарный. Водород не образует химических соединений с железом, но хорошо растворяется а жидком металле и выделяется из металла при его затверде­нии, образуя в шве поры, что способству­ет возникновению микроскопических трещин.

Для предотвращения попадания водоро­да в сварочную ванну необходимо:

1) перед сваркой очищать кромки ме­талла и электродную проволоку от влаги, ржавчины и других загрязнений;

2) перед сваркой прокаливать элек­троды;

3) обеспечить хорошую защиту свароч­ной ванны.

Удаление серы и фосфора

Сера и фосфор являются вредными при­месями стали. Они загрязняют основной металл и сварочную проволоку. При со­держании серы выше допустимых преде­лов значительно снижаются механические свойства и появляются горячие трещи­
ны в металле шва (красноломкость). Для уменьшения содержания серы в металле шва и удаления сульфида FeS в покрытие электрода вводят компоненты, такие, как марганец, кремний, которые, соединяясь с серой, переходят в шлак. При этом проис­ходят следующие реакции: FeS + Mn = MnS + Fe; FeS + MnO sb MnS + FeO, Образовавшиеся в результате реакции сернистые соединения MnS нерастворимы в жидком металле и полностью переходят в шлак.

Дата добавления: 2015-11-04